1. Definícia a funkcie meteorologických staníc
Meteorologická stanica je systém monitorovania životného prostredia založený na automatizačnej technológii, ktorý dokáže zhromažďovať, spracovávať a prenášať údaje o atmosférickom prostredí v reálnom čase. Ako infraštruktúra moderného meteorologického pozorovania jej hlavné funkcie zahŕňajú:
Zber údajov: Nepretržitý záznam teploty, vlhkosti, tlaku vzduchu, rýchlosti vetra, smeru vetra, zrážok, intenzity svetla a ďalších základných meteorologických parametrov
Spracovanie údajov: Kalibrácia údajov a kontrola kvality pomocou vstavaných algoritmov
Prenos informácií: Podpora 4G/5G, satelitnej komunikácie a iného viacrežimového prenosu dát
Varovanie pred katastrofou: Extrémne prahové hodnoty počasia spúšťajú okamžité upozornenia
Po druhé, technická architektúra systému
Snímacia vrstva
Teplotný senzor: Platinový odporový PT100 (presnosť ±0,1 ℃)
Senzor vlhkosti: Kapacitná sonda (rozsah 0 – 100 % relatívnej vlhkosti)
Anemometer: Ultrazvukový 3D systém merania vetra (rozlíšenie 0,1 m/s)
Monitorovanie zrážok: Výklopný vedrový zrážkomer (rozlíšenie 0,2 mm)
Meranie žiarenia: Senzor fotosynteticky aktívneho žiarenia (PAR)
Dátová vrstva
Brána pre edge computing: Poháňaná procesorom ARM Cortex-A53
Úložný systém: Podpora lokálneho úložiska na SD kartu (maximálne 512 GB)
Kalibrácia času: GPS/Beidou duálny režim načasovania (presnosť ±10 ms)
Energetický systém
Riešenie duálneho napájania: 60W solárny panel + lítium-železito-fosfátová batéria (nízka teplota -40 ℃)
Správa napájania: Technológia dynamického spánku (pohotovostný režim <0,5 W)
Po tretie, scenáre priemyselných aplikácií
1. Inteligentné poľnohospodárske postupy (holandský skleníkový klaster)
Plán rozmiestnenia: Umiestnenie 1 mikrometeorologickej stanice na skleník s rozlohou 500 m²
Aplikácia údajov:
Upozornenie na orosenie: automatické spustenie cirkulačného ventilátora pri vlhkosti > 85 %
Akumulácia svetla a tepla: výpočet efektívnej akumulovanej teploty (GDD) na usmernenie zberu
Presné zavlažovanie: Riadenie systému vody a hnojív na základe evapotranspirácie (ET)
Údaje o výhodách: Úspora vody 35 %, výskyt peronospóry znížený o 62 %
2. Výstraha pred strihom vetra v nízkej hladine na letisku (medzinárodné letisko Hongkong)
Schéma siete: 8 veží na pozorovanie gradientného vetra okolo dráhy
Algoritmus včasného varovania:
Horizontálna zmena vetra: zmena rýchlosti vetra ≥15 uzlov do 5 sekúnd
Vertikálne rezanie vetrom: rozdiel rýchlosti vetra v nadmorskej výške 30 m ≥10 m/s
Mechanizmus reakcie: Automaticky spúšťa alarm veže a vedie priebeh okruhu
3. Optimalizácia účinnosti fotovoltaickej elektrárne (elektráreň Ningxia s výkonom 200 MW)
Monitorovacie parametre:
Teplota komponentov (monitorovanie infračerveným žiarením zadnej dosky)
Horizontálne/naklonené rovinné žiarenie
Index usadzovania prachu
Inteligentná regulácia:
Výkon sa znižuje o 0,45 % pri každom zvýšení teploty o 1 ℃
Automatické čistenie sa spustí, keď nahromadenie prachu dosiahne 5 %
4. Štúdia efektu tepelného ostrova v mestách (mestská sieť Shenzhen)
Pozorovacia sieť: 500 mikrostaníc tvorí mriežku 1 km × 1 km
Analýza údajov:
Chladivý účinok zelene: priemerné zníženie o 2,8 ℃
Hustota zástavby pozitívne koreluje so zvyšovaním teploty (R²=0,73)
Vplyv materiálov vozovky: teplotný rozdiel asfaltového povrchu počas dňa dosahuje 12 ℃
4. Smer technologického vývoja
Fúzia údajov z viacerých zdrojov
Skenovanie veterného poľa laserovým radarom
Teplotný a vlhkostný profil mikrovlnného rádiometra
Korekcia satelitného obrazu v oblakoch v reálnom čase
Aplikácia vylepšená umelou inteligenciou
Predpoveď zrážok pomocou neurónovej siete LSTM (zlepšená presnosť o 23 %)
Trojrozmerný model atmosférickej difúzie (simulácia úniku v chemickom parku)
Nový typ senzora
Kvantový gravimeter (presnosť merania tlaku 0,01 hPa)
Analýza spektra častíc zrážok terahertzových vĺn
V. Typický prípad: Systém varovania pred horskými povodňami v strednom toku rieky Jang-c'-ťiang
Architektúra nasadenia:
83 automatických meteorologických staníc (rozmiestnenie v horských gradientoch)
Monitorovanie hladiny vody na 12 hydrografických staniciach
Systém asimilácie radarovej ozveny
Model včasného varovania:
Index bleskových povodní = 0,3 × 1-hodinová intenzita dažďa + 0,2 × obsah pôdnej vlhkosti + 0,5 × topografický index
Účinnosť reakcie:
Predstih pred varovaním sa zvýšil zo 45 minút na 2,5 hodiny
V roku 2022 sme úspešne varovali pred siedmimi nebezpečnými situáciami
Počet obetí medziročne klesol o 76 percent
Záver
Moderné meteorologické stanice sa vyvinuli z jednotlivých pozorovacích zariadení na inteligentné uzly internetu vecí a hodnota ich údajov sa vo veľkej miere uvoľňuje prostredníctvom strojového učenia, digitálnych dvojčiat a ďalších technológií. S rozvojom Globálneho pozorovacieho systému WMO (WIGOS) sa vysokohustotná a vysoko presná meteorologická monitorovacia sieť stane základnou infraštruktúrou pre riešenie klimatických zmien a poskytne kľúčovú podporu pri rozhodovaní o udržateľnom ľudskom rozvoji.
Čas uverejnenia: 17. februára 2025